寬帶以太網接入技術及其標準化

2019-11-04 20:50:30

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　　一、IEEE 802.3協議介紹
　　
　　1．IEEE 802協議族的框架
　　
　　　　IEEE 802協議是規范局域網的系列協議。
　　
　　2．IEEE 802.3協議
　　
　　　　我們一般把IEEE 802.3協議稱作以太網協議，它是IEEE局域網協議的一支。現有的以太網速率和介質有以下幾種：
　　
　　◇10Mbit/s--10Base-T Ethernet（銅線）；
　　
　　◇100Mbit/s--Fast Ethernet（銅線或光纖）；
　　
　　◇1000Mbit/s--Gigabit Ethernet（銅線或光纖）。
　　
　　　　我們以前所熟知的802.3z（千兆以太網 GBit以太網）、802.3ab（1000Base-T Ethernet）、802.3ac（VLAN Tag）、802.3ad （鏈路聚合）都已經成為2002版的802.3標準的一部分而不再單獨出現。同時10-Gigabit Ethernet的標準IEEE 802.3ae已于2002年6月12日獲批準正式發布。
　　
　　二、IEEE 802.3ah協議
　　
　　1．IEEE 802.3ah研究組的歷程
　　
　　　　2000年11月，IEEE 802.3工作組批準成立一個新的研究組，其研究題目為"第一英里以太網（Ethernet in the First Mile）"，簡稱為"EFM"。到2001年第三季度，802.3工作組批準了其項目授權申請（PRoject Authorization Request），授權EFM非凡工作組起草802.3ah標準的草案。2002年7月非凡工作組對一整套基本的技術建議達成了一致，這些基本建議的采納成為第一版標準草案的原型，該草案在2002年底提交802.3工作組評審和投票。上述事件成為802.3ah標準化進程的三個重要的里程碑。預計802.3工作組最早將于2003年底正式批準該標準。
　　
　　2．IEEE 802.3ah研究組的目標
　　
　　　　802.3ah研究題目中"第一英里"指的是用戶端到電信運營商局端設備的這一段連接，這段連接從使用者的角度是最先一英里，而從運營者的角度是最后一英里。因此，從標準的名稱中我們可以發現該標準強調將用戶的需求放在第一位。它的目標是將已經得到廣泛應用的以太網技術推廣到電信用戶的接入網市場。這樣可以使網絡性能明顯提高，同時降低設備和運維的成本。
　　
　　　　802.3ah項目的研究范圍包括寬帶以太網必備的所有技術要素，包括運行在銅線、點對點光纖、點對多點光纖上的物理層規范，運行治理與維護的通用機制，形成對商業和住宅用戶提供寬帶業務的能力。研究組的幾個要害目標為：
　　
　　◇ 一條單模光纖上點對點的100M和1000M以太網，距離大于等于10km；
　　
　　◇ 一條單模光纖上點對多點的PON上的1000M以太網，距離大于等于10km，復用比大于等于1:16；
　　
　　◇ 現有銅線上的點對點10M以太網，距離大于等于750m；
　　
　　◇ OAM包括遠端故障指示，遠端環回和鏈路監視。
　　
　　3．IEEE 802.3ah的要害技術
　　
　　　　網絡運營商會根據其商業模式和網絡結構的規劃選擇其網絡拓撲和物理層技術。EFM為運營商建設和升級其接入網絡提供了幾種各具優勢的技術，同時這幾種技術可以用共同的工具和OAM程序來治理。為充分利用現有的語音質量的銅線資源以及已經鋪設到小區的光纖資源，點對點的銅線以太網是非常合適的一種技術。在需要安裝新的傳輸媒質時，單模光纖是最佳的選擇。至于選擇點對點還是點對多點的拓撲結構，要由下述商業和技術因素決定：設備間的距離，網絡結構，現有的獲利模式，收入潛能，資金成本，財務規劃，未來應用的設想等。
　　
　　（1）單模光纖上的點對點以太網
　　
　　　　為了降低成本，EFM提出了運行在單條光纖上的以太網的標準，作為對現行的運行在光纖對上的以太網的補充。單條光纖的工作原理是在兩個方向上使用不同的波長，而非兩條獨立的光纖使用相同的波長。在其他方面，EFM采用了已有的技術，如1000Base-LX和100Base-FX。
　　
　　（2）單模光纖上的點對多點EPON
　　
　　　　EPON規范包括多點控制協議（Multi-Point Control Protocol），點對點仿真，兩種物理媒質相關子層（PMD）的規范。
　　
　　（3）基于DSL技術的銅線以太網
　　
　　　　銅線以太網是EFM標準起草過程中爭議最大的一個部分。非凡任務組在短距離以太網業務（在至少750米的有效傳輸距離上支持10Mbit/s以上的傳輸速率）方面達成了采用VDSL技術的一致意見。但是針對有效傳輸距離2700m以上，傳輸速率2Mbit/s以上的情況，還要在ADSL plus和SHDSL兩種方案之間做出抉擇。
　　
　　（4）網絡的OAM
　　
　　　　為提高網絡的可操作和可維護性，EFM提供連接的遠端OAM功能，包括遠端故障指示，遠端環回和鏈路監視。
　　
　　4. IEEE 802.3ah的結構
　　
　　三、與寬帶以太網接入相關的IEEE協議
　　
　　　　相關的以太網協議還有：
　　
　　　　IEEE 802.3ae 10Gigabit Ethernet--該協議已經在2002年6月12日被批準，目前有包括Agilent、Extreme、Intel和Nortel在內的多家廠商可以提供支持該標準的產品。由于初次使用的投資較高，估計該技術將主要應用于城域骨干網。
　　
　　　　IEEE 802.3af DTE power via MDI--該標準定義通過MDI為DTE設備遠程供電的方法，在5類UTP電纜上提供多達15w的功率。
　　
　　相關的局域網協議還有：
　　
　　　　IEEE 802.11 Wireless LAN--該標準通過規范無線接口，使各種DCE設備能夠無需布線就組成局域網。 IEEE 802.17 Resilient Packet Ring--該標準使用802.3協議定義的1G和10G的以太網接口，將單模光纖連接成環路，稱為彈性分組環。
　　
　　　　四、與寬帶以太網接入相關的國內標準
　　
　　　　隨著以太網技術向通信領域的滲透，國內的通信標準研究組也逐漸開始制定一系列與以太網技術關系密切的通信行業標準。目前已經發布的有：
　　
　　YD/T 1148-2001 《網絡接入服務器（NAS）技術要求--寬帶網絡接入服務器》；
　　
　　YD/T 1160-2001 《接入網技術要求--基于以太網技術的寬帶接入網》；
　　
　　YD/T 1239-2002 《接入網技術要求--甚高速數字用戶線（VDSL）系統》；
　　
　　YDN 078-1998 《接入網技術要求--不對稱數字用戶線(ADSL) 》；
　　
　　YD/T 1064-2000 《接入網技術要求--無話音分離器的低速不對稱數字用戶線（ADSL.lite）》；
　　
　　YD/T 1188-2002 《接入網技術要求--基于ATM方式的不對稱數字用戶線（ADSL）用戶端設備》；
　　
　　YD/T 1185-2002 《接入網技術要求--單線對高比特率數字用戶線（SHDSL）》；
　　
　　YD/T 1099-2001 《千兆比以太網交換機設備技術規范》。
　　
　　還有一些與以太網相關的技術，標準組正在研究起草相應標準的過程中，包括：
　　
　　三層交換機設備技術要求；
　　
　　虛擬局域網（VLAN）技術要求和測試方法；
　　
　　接入網技術要求--基于以太網的無源光網絡（EPON）；
　　
　　接入網技術要求--增強型不對稱數字用戶線（ADSL+）；
　　
　　以太網交換機集群治理技術要求；
　　
　　寬帶網絡接入服務器技術要求（修訂）；
　　
　　AAA服務器認證計費接口標準--寬帶網絡接入服務器。
　　
　　　　五、以太網的發展展望
　　
　　1．安全問題
　　
　　　　以太網接入方式被大家質疑的一個主要問題是網絡的安全問題。因為接入網是一個公用的網絡環境，而以太網原本是面向一個私有的局域網來設計的，這樣在用戶的安全與計費方面存在一些缺陷。目前有以下技術可以解決這方面的問題。
　　
　　　　用交換機代替共享式集線器在減少網絡沖突的同時避免了單播包網絡偵聽。采用VLAN技術隔離ARP、DHCP等攜帶用戶個人信息的廣播消息，可以使用戶的安全性得到進一步的提高。為對用戶進行有效的治理，需要對用戶進行認證和計費的方法。目前應用比較多的方法有PPPoE和IEEE 802.1X等，接入服務器一般采用Radius協議與AAA服務器交互實現對用戶的認證和計費。在認證后可以將已認證用戶的MAC地址，分配給他的ip地址、他所在的VLAN捆綁在一起提供更佳的安全保障。
　　
　　2．基于以太網技術的寬帶接入網
　　
　　　　鑒于目前的解決方案和設備還不能完全滿足接入網這樣一個公用網絡環境的要求，接入標準組提出了基于以太網技術的寬帶接入網。基于以太網技術的寬帶接入網由局側設備和用戶側設備組成。局域設備提供與IP骨干網的接口，用戶側設備提供與用戶終端計算機相接的10/100BASE-T接口。局側設備具有匯聚用戶側設備網管信息的功能。
　　
　　　　在基于以太網技術的寬帶接入網中，用戶側設備只有鏈路層功能，工作在MUX（復用器）方式下，各用戶之間在物理層和鏈路層相互隔離，從而保證用戶數據的安全性。另外用戶側設備可以在局側設備的控制下動態改變其端口速率，從而保證用戶最低接入速率、限制用戶最高接入速率，支持對業務的QoS保證。對于組播業務，由局側設備控制各多播組狀態和組內成員的情況，用戶側設備只執行受控的多播復制，不需要多播組治理功能。局側設備還支持對用戶的認證、授權和計費以及用戶IP地址的動態分配。為了保證設備的安全性，局側設備與用戶側設備之間采用邏輯上獨立的內部治理通道。
　　
　　　　在基于以太網技術的寬帶接入網中，局側設備不同于路由器，路由器維護的是端口--網絡地址映射表，而局側設備維護的是端口--主機地址映射表；用戶側設備不同于以太網交換機，以太網交換機隔離單播數據幀，不隔離廣播地址的數據幀，而用戶側設備完成的功能僅僅是以太網幀的復用和解復用。　　基于以太網技術的寬帶接入網還具有強大的網管功能。與其它接入網技術一樣，能進行配置治理、性能治理、故障治理和安全治理；還可以向計費系統提供豐富的計費信息，使計費系統能夠按信息量、按連接時長或包月制等進行計費。
　　
　　3．應用前景
　　
　　　　寬帶接

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